희토류 자원전쟁

희토류 자원 전쟁

김동환 지음

미래의창 / 2011년 5월 / 208쪽 / 12,000원



1부 왜 희토류인가



희토류란 무엇인가

희토류의 종류 및 구분: 1869년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프는 원소주기율표를 창안함으로써 화학의 기초 토대를 정립시키는 위대한 업적을 이룩하였다. 초기 멘델레예프의 원소주기율표는 당시에 알려져 있던 63개의 원소로 구성되었으나, 화학과 물리학 등의 발달과 함께 새로운 원소들이 추가되어 21세기 현재 118개로 확장되었다. 이 중에서 자연계에 실존하는 원소는 92번 우라늄(U)까지이며, 93번 넵투늄(Np)를 포함한 26개의 원소는 실험을 거쳐 인공적으로 만들어진 과학의 산물이다.

희토류원소稀土類元素, Rare Elements(REEs)란 멘델레예프 원소주기율표의 제3족에 해당되는 란타넘족원소 및 21번 스칸듐(Sc)과 39번 이트륨(Y)을 포함한 총 17개의 원소를 의미한다. 란타넘족원소에 해당되는 15개의 원소로는 57번 란타늄(La), 58번 세륨(Ce), 59번 프라세오디뮴(Pr), 60번 네오디뮴(Nd), 61번 프로메튬(Pm), 62번 사마륨(Sm), 63번 유로퓸(Eu), 64번 가돌리늄(Gd), 65번 테르븀(Tb), 66번 디스프로슘(Dy), 67번 홀뮴(Ho), 68번 에르븀(Er), 69번 툴륨(Tm), 70번 이테르븀(Yb), 71번 루테튬(Lu)이 있다.

희토류가 주목 받는 이유: 21세기에 접어들어 희토류가 각별히 주목받고 있는 이유는 크게 세 가지로 구분된다. 먼저, 현재까지 대체 물질이 존재하지 않을 만큼 독특한 화학적, 전기적, 자성磁性적, 발광發光적, 방사성 차폐遮蔽라는 특성을 들 수 있다. 희토류는 반응하는 물질에 따라 조건도, 원리도 달라지기 때문에 효능과 효과에 대한 과학적 메커니즘 모두 아직까지 명쾌하게 밝혀지지 않은 상태다. 이처럼 희토류의 과학적 원리조차 아직 정복하지 못한 단계인 현실을 고려할 때, 대체물질 개발까지는 상당한 시간이 소요될 것으로 보인다. 이러한 상황을 염두에 둔 일본은 정부 차원에서 희토류의 대체 물질 및 신소재 개발을 위해 약 30여 년에 걸쳐 어느 국가보다도 많은 투자와 연구를 진행해 왔지만 아직까지 한두 개의 제품을 제외하고는 가시적인 성과를 얻지 못한 실정이다.

둘째, 희토류는 다른 물질과의 혼합을 통해 물리적, 구조적인 특징의 유지 및 변경이 가능하며 해당 기능이나 성능을 크게 향상시키는 특성을 갖고 있다. 예를 들어, 광섬유 제조에 사용되는 가돌리늄이나 에르븀은 미량의 첨가만으로도 빛의 손실이 일반 광섬유의 1퍼센트까지 낮아지는 성능을 발휘한다. 이처럼 희토류는 단독으로 제품화되기보다는 대부분 첨가물의 용도로 광범위하게 사용되고 있다.

셋째, 고온초전도체, 하이브리드 자동차 등과 같은 첨단기술이 필요한 산업 분야뿐만 아니라 미래 산업 및 녹색기술에 필수적인 자원이라는 점은 희토류 활용의 중요성을 더욱 부각시켜 주고 있다. 온실가스와 환경오염을 최소화하고, 녹색기술로 신성장 동력과 일자리를 창출하려는 경제성장 전략은 한국뿐만 아니라 미국 유럽 일본 등 대부분의 선진국에서도 추진하고 있는 정책이며, 이 같은 목표를 실현하기 위해 가장 먼저 확보해야 할 중요 자원이 바로 희토류다. 특히 희토류를 활용한 중국 자원민족주의의 부상은 녹색기술과도 밀접한 관련이 있다. 희토류와 환경 문제

희토류 생산과정: 희토류를 경제성 있는 응용 분야에 적용하기 위해서는 매우 복잡한 생산단계를 거쳐야 한다. 이해를 돕기 위하여, 쉽게 접할 수 있는 대표 귀금속인 금의 생산단계를 희토류와 대조해 보자. 일단, 금의 생산 과정은 매우 간단한 편이다. 금을 함유한 광석에 시안화나트륨을 섞어주면 곧바로 금이 침출浸出되고, 상업적으로도 즉시 이용 가능하게 된다.

이번에는 희토류의 기본적인 생산과정을 살펴보자. 총 아홉 단계가 있는데 초기의 세 단계를 제외한 나머지 모든 과정을 주목해야 할 필요가 있다. 우선, 1~3단계는 채취한 광석에서 불필요한 광물들을 제거한 후, 남은 광물을 자갈크기로 분쇄하여 고운 모래 또는 실트로 가공하는 과정이다. 비교적 간단하고 특별한 화학적 조치를 필요로 하지도 않는다. 그러나 4단계부터는 전혀 다른 방법들이 동원되기 시작한다. 먼저, 부선공정浮選工程을 통해 희토류를 함유하고 있는 광물(바스트네사이트, 모나자이트 등)을 추출한다. 5단계에 들어서야 희토류를 광물로부터 분리시키며 6단계에서는 이를 산화물 형태로 가공한다. 7단계에서는 산화물을 금속으로 가공하고 8단계에서는 금속을 또 합금으로 제조하여 마지막인 9단계에 사업적 응용 분야, 군사적 응용 분야, 녹색기술 응용 분야로 나누어 희토류의 활용을 구분한다. 희토류 최대 수출국인 중국을 기준으로 논할 때, 대부분의 경우 6단계까지 거친 산화물 형태에서 수출이 이루어지며 1단계부터 6단계까지의 공정에는 대략 10여 일 정도가 소요된다.

현재진행형인 환경 재앙: 환경을 위협하는 문제는 희토류를 화학적으로 처리할 때 비로소 시작된다. 희토류의 추출과 분리단계에서 상당량의 화공 약품이 사용됨과 동시에 어마어마한 규모의 공해 물질이 발생되기 때문이다. 일례로, 단 1톤의 정제精製를 위해서는 무려 6,300만 리터에 이르는 황산과 플루오르화수소산이 혼합된 폐가스, 또 약 20만 리터의 산성성분 폐수 그리고 1.4톤에 달하는 방사성 공업 폐수의 발생을 감수해야만 한다. 이러한 환경에서 생산 비용을 낮추고자 하는 목적으로 보호 장비를 구비하지 않은 근로자를 오염지역에 방치시키거나 폐수 처리장 등의 시설을 제대로 갖추지 않을 경우에는 심각한 직업병이나 환경 재앙이 발생할 가능성이 매우 높다.

실제로 세계 최대의 희토류 생산지인 네이멍구 자치구 바오터우시에 거점을 둔 중국 최대 히토류 관련 국영기업인 바오강희토의 노동자들은 유해화학물질에 무방비로 노출되어 있는 실정이다. 변변한 보호복이나 방진복 등 최소한의 안전장비도 제대로 갖추지 못한 채 장기간 근무하다 보니 납, 수은, 벤젠, 인燐의 중독 및 노출로 유발되는 각종 직업병으로 고통받고 있으며, 환자도 기하급수적으로 증가하고 있다. 게다가 바오터우 시의 신광新光 마을을 비롯한 다수의 지역은 이미 회복하기 어려울 정도로 환경오염이 진행되어 훨씬 피해가 심각한 상황이다.

한편, 지하수도 심각하게 오염되어 10종 이상의 화학 물질 및 기준치를 훨씬 초과하는 방사성 농도가 확인된 것으로 알려졌다. 그러나 이 지하수는 이미 식수용 우물과 논밭으로 흘러들어 가축 및 농작물 등에도 악영향을 미치고 있다. 오염된 지하수로 경작한 농작물과 가축은 성장이 멈추거나 폐사하는 경우가 대부분이었고 그 지역의 물은 생활용수뿐만 아니라 더 이상 관계용수로도 사용이 불가능한 지경에 이르렀다. 지역 주민들 또한 방사성 물질에 의한 피해가 심각하여 40대 미만의 나이에도 불구하고 벌써 모든 치아를 잃었거나 잦은 골절상으로 고통 받고 있다. 그 밖에도 메스꺼움, 현기증, 관절염, 두통과 같은 증상은 피할 수 없는 삶의 일부가 된 지 오래다.

가장 위험한 사실은 7~8월 우기에 접어들면 웨이광바의 유독성 폐수가 넘쳐흘러 불과 10킬로미터밖에 떨어지지 않은 황허로 흘러 들어갈 가능성이 높다는 것이다. 황허는 중국에서 두 번째로 긴 강으로, 호수를 둘러싸고 있는 방벽이 무너져 내리는 경우에는 북부 지역 수천만 명의 식수원이 돌이킬 수 없을 지경으로 오염되는 최악의 상황을 겪게 될 수도 있다.

장시 성 간저우 시에는 1990년대 후반까지 합법적인 희토류 광산 면허를 소유한 회사만 무려 1,035개에 달했다. 소규모 불법광산 회사의 규모는 이보다 약 10배 정도 많을 것으로 추정된다. 이처럼 중국 전역에는 정부의 통제 밖에서 환경오염을 일삼는 수천 개의 불법 희토류 광산이 난립해 왔으나 이들이 지금까지 대체 어느 정도의 환경 훼손을 초래하였는지는 가늠할 수조차 없다.

최고의 블루칩 자원

신기술의 날개를 달다: 20세기 후반부터 희토류의 상업 분야 중 가장 대중적이고 대표적인 제품으로 자리 잡은 품목은 단연 스마트폰과 휴대폰이다. 희토류를 사용하지 않고서는 날렵한 갤럭시S2 또는 세련된 아이폰4도 있을 수 없다. 희토류 없이는 본체의 크기, 무게, 두께가 최소 수십 배 이상 커지게 될 것이고, 화려한 컬러 화면은 포기해야 하며, 유선전화와 다를 바 없는 통화 품질에 만족해야만 하기 때문이다. 스마트폰에 꼭 필요한 조건인 소형화, 경량화 및 초강력 모터 생산을 위해 네오디뮴, 프라세오디뮴 등 6개의 희토류가 사용되며, 스마트폰의 평면 액정표시 장치에는 가돌리늄, 유로퓸 등 5개의 희토류가 사용된다. 스피커를 포함한 스마트폰을 구성하고 있는 기타 부품에는 20여개 이상의 희토류와 다른 희소금속 혼합물질이 필요하다.

기존의 백열등, 형광등에 비해 에너지 소비율을 각각 80퍼센트, 40퍼센트까지 절감시켜주는 발광다이오드LED 전등 및 소형, 선형 형광등, LED 스크린에는 유로퓸, 테르븀, 이트륨 등이 사용된다. 2008년 전 세계에서 생산된 희토류의 31퍼센트가 LED등과 TV 같은 형광체가 담긴 제품에 사용되었다. 반도체, 컴퓨터 하드디스크, LCD TV, 터치스크린, 에어컨, 냉장고, 각종 자동센서, 광섬유, 전기모터 등과 같은 전기, 전자 제품뿐만 아니라 자동차의 차체(파워 록, 파워 인도우 등 9개), 섀시와 안전장치(파워 스티어링 등 4개), 파워트레인(하이브리드 모터 등 6개) 3개 분야에는 총 19곳에 희토류가 사용된다. 특히 하이브리드 자동차와 전기자동차에는 희토류 영구자석이 필수다. 2008년 생산된 희토류의 무려 37퍼센트가 영구자석 제작에만 사용되었을 만큼 폭발적인 소비성장세를 보이고 있다.

희토류 의존이 절대적인 미국 방산 산업: 미국은 첨단기술을 보유한 록히드 마틴, 보잉, 레이시언 등 방산 업체 간의 경쟁으로 인해 희토류 시스템과 무기 공급이 가장 활발하게 이루어지고 있다. 이들 방산 업체에서 생산하는 무기와 시스템은 희토류의 전기, 전자, 광학 그리고 영구자석을 이용한 응용 기술 없이는 지속적인 생산과 차후 개발이 불가능한 지경에 이르렀다.

이 가운데 최근 실전에서 가장 많이 사용되는 무기는 단연 단거리 미사일, 스마트폭탄 그리고 무인기다. 특히 스마트폭탄은 기존 폭탄에 비해 가볍고 정밀한 타격이 가능함에 따라 사용 횟수는 줄이면서도 효과를 배가시킬 수 있는 장점을 보이고 있다. 예를 들어, 미국은 베트남 전쟁에서 7백만 톤 이상의 폭탄을 쏟아 부었다. 이는 제2차 세계대전 연합군이 사용한 2백만 톤의 무려 4배에 가까운 엄청난 규모다. 이라크 전쟁(2003년 3월 20일~4월 14일)과 아프가니스탄 전쟁(2001년 10월~)을 포함한 테러와의 전쟁 중에는 스마트폭탄의 사용 비중을 높인 덕분에 8년이라는 오랜 전쟁 기간에도 불구하고 폭탄의 수를 4만 2,000톤으로 크게 감소시킬 수 있었다.

현재 미군에서 가장 많이 사용되는 희토류 제품은 '네오디뮴-철-보론계 자석'이다 네오디뮴 자석은 일반 자석에 비하여 월등한 보자력을 자랑하며 자신의 무게보다 최대 1,000배나 무거운 물체까지도 들어 올릴 수 있어 '자석의 왕'이라는 별칭을 가지고 있다. 이 자석은 일명 벙커 버스터로 불리는 GBU-28을 비롯해 모든 합동정말직격폭탄에 장착되고 있다. 또한 전력을 공급하기 위해 사용되는 영구자석 제너레이터는 모든 무인기에 장착된다. 현재까지 미군은 7,000대 이상의 무인기를 운용하고 있는 것으로 알려져 있다. 현재 미군이 운영 중인 희토류 무기와 시스템은 스마트폭탄, 미사일, 무인기뿐만 아니라 3군 통합전투가, 구축함, M1A2 에이브람스 탱크, 레이저 어벤저, 전파 교란 장치, 방사성 탐지기, 첩보위성 체계, 진행파관 등 육해공군에 걸쳐 수천 종류에 이른다.

녹색기술 분야: 하이브리드 자동차인 토요타의 프리우스, 혼다의 인사이트, GM의 셰비 볼트에 장착되는 2차 전지, 전기자동차 모터에 희토류가 사용되고 있다. 또한 자동차 배기가스를 정화해 주는 촉매변환장치, 풍역발전용 터빈, 조력 수력발전용 터빈, 히터펌프 등의 신재생에너지 분야에도 적극 활용되고 있다. 게다가 초고속열차의 구동모터에도 활용되고 있어 기존 열차에 비해 화석연료 사용량을 현저히 줄이는 데 일조하고 있다.

희토류 생산현황

나라별 매장량 및 생산량 순위: 전 세계 희토류의 확인매장량은 8,800만 톤, 추정매장량은 1억 5,000만 톤이다. 미국은 희토류 확인매장량 1,300만 톤, 추정매장량 1,400만 톤으로 세계 2위를 차지하고 있다. 이것은 독립국가연합CIS을 제외한 순위다. 독립국가연합 10개국의 확인매장량은 1,900만 톤이며, 추정매장량은 2,100만 톤이다. 미국은 1965년부터 1985년까지 세계소비량의 50퍼센트 이상을 캘리포니아에 위치한 마운틴 패스광산에서 공급하였을 정도로 세계 최대의 희토류 생산국이었다. 그러나 1995년 점차 생산량이 줄어 2002년에는 결국 생산을 중단하였고, 그 후로는 비축분과 수입에 의존하고 있다. 현재 미국 내 연간 소비량의 87퍼센트는 중국으로부터 수입된 것이다.

마운틴 패스 광산이 생산을 중단한 첫째 이유는 환경오염 때문이었다. 광산 소유회사인 몰리코프가 희토류 생산과정에서 발생하는 방사성 물질과 유독성 화학폐기물 220만 리터를 1984~98년 사이 60여 차례 이상 무단 방류하거나 사막에 불법 폐기하여 이븐파 드라이 호수 및 지하수를 오염시키고 환경파괴를 야기했던 것이다. 이에 관할 당국인 샌버나디노 카운티는 오염 물질 제거와 함께 1억4백만 달러 이상의 벌금 및 보상금 지불을 명령하였다. 둘째는 가격 경쟁력 상실로, 1990년대 후반 중국의 희토류 대량 생산 및 저가 공세가 심해지면서 2002년 채광을 중단하였다.

호주는 희토류 확인매장량 520만 톤, 추정매장량 580만 톤으로 3위를 차지하고 있다. 인도는 확인매장량 110만 톤, 추정매장량 130만 톤으로 세계 4위이며, 브라질은 확인매장량 4만 8000톤, 추정매장량 8만 4,000톤으로 세계 5위를 차지하고 있다.

압도적인 중국의 생산량: 중국의 희토류 확인매장량은 2,700만 톤, 추정매장량은 8,900만 톤으로 전 세계 확인매장량의 30.9퍼센트와 추정매장량의 57.71퍼센트를 차지하고 있다. 현재 희토류를 채굴 중인 대규모 광산은 전 세계를 통틀어 오직 9곳뿐으로, 그 중 4개의 광산이 중국에 집중되어 있다. 특히 네이멍구 자치구 바오터우에 위치한 바이윈어보 광산은 세계 전체 희토류의 절반가량을 생산하고 있다. 중국은 1987년부터 희토류 생산량 세계 1위를 고수하고 있으며, 2009년 기준으로 전 세계 희토류 생산량의 97퍼센트를 점유하고 있다. 특히 초정밀 유도미사일 등의 첨단무기 제조와 영구자석 등 녹색기술 산업 전반에 폭넓게 사용되는 디스프로슘과 테르븀의 경우 99퍼센트가 중국에서 생산된다. 따라서 중국은 현재 희토류의 매장량뿐만 아니라 비축량, 생산규모, 생산품의 다양성(400여 종), 소비량(2008년 7만 톤), 수출량에서 압도적으로 세계 1위를 기록하고 있다.

2부 중국의 초강력 무기, 희토류



중국의 궁극적 목표

희토류 자원무기화: 희토류는 석유를 비롯한 어떤 자원보다도 중국에 대한 의존도가 높기 때문에 다양한 전략적 가치가 부여될 수밖에 없다. 중국은 자원 민족주의를 통해 유사시 정치, 경제, 군사 등의 국제관계 전반에 걸쳐 희토류를 레버리지로 활용할 수 있다는 것을 명백히 인지하고 있었다. 이것은 과거 여러 중국 지도자들이 반복적으로 희토류의 중요성을 역설한 부문에서도 엿볼 수 있다. 1992년 남순강화南巡講話 때 덩샤오핑은 "중동에 석유가 있다면, 중국에는 희토류가 있다."고 말한 것으로 전해진다. 희토류가 경제적으로 크게 주목받지도 않았던 시절임에도 불구하고 국제적으로 석유와 동일한 영향력을 가졌다고 확신하고 있었던 것이다. 이후 국무원國務院은 바오터우 시에 '희토고신기술산업개발구'를 설립하여 본격적인 희토류 응용 분야의 연구를 진행해 왔다.